ASTM D790: Ensaios de flexão de 3 pontos em plásticos
O ensaio de flexão de três pontos, conforme a norma ASTM D790, é um dos principais métodos de ensaio para a determinação do módulo de flexão, da resistência à flexão e das tensões de flexão em plásticos, materiais compósitos de fibra reforçada e materiais isolantes.
Na prática, porém, frequentemente ocorrem desvios nas medições. Com a tecnologia de ensaio otimizada da ZwickRoell, procedimentos de ensaio em conformidade com as normas e a coleta automatizada de dados, é possível reduzir significativamente esses fatores de influência.
Fontes comuns de erros Execução de ensaios e Equipamentos Perguntas frequentes Downloads Solicitar consultoria
ASTM D790: O mais importante em resumo
- A norma ASTM D790 descreve o ensaio de flexão de três pontos para determinar as propriedades de flexão de plásticos não reforçados e reforçados, compósitos de fibra de alto módulo e materiais isolantes. Os resultados típicos dos ensaios conforme a norma ASTM D790 são o módulo de flexão, as tensões e deformações no ponto de escoamento, a resistência à flexão e o alongamento na ruptura por flexão. Os ensaios são utilizados para plásticos semirrígidos e rígidos, mas são realizados apenas até um alongamento na flexão de, no máximo, 5%.
- As principais causas para resultados de ensaio divergentes muitas vezes não residem na própria máquina de ensaios, mas na medição da amostra, na relação entre a distância entre os apoios e a espessura da amostra, no alinhamento da configuração de ensaio e na escolha da velocidade de ensaio.
- Um erro de medição de apenas 0,1 mm em uma amostra de 3,2 mm já pode causar um desvio de mais de 5% na tensão de flexão calculada.
- A norma ASTM D790 permite diversos métodos para a medição da deflexão. A precisão desses dados tem influência direta na determinação do módulo.
- Dispositivos de flexão ajustáveis, transdutores de deslocamento precisos e procedimentos de ensaio automatizados ajudam a reduzir as dispersões e os efeitos da intervenção do operador.
- O software de ensaios testXpert auxilia na configuração de parâmetros em conformidade com as normas, no cálculo automático da velocidade e na análise centralizada dos dados de ensaio.
ASTM D790 na prática: Fontes frequentes de erro e impacto nos resultados de ensaio
O ensaio de flexão de 3 pontos conforme ASTM D790 parece fácil de executar, mas, na prática, vários fatores influenciam o resultado, levando a maior dispersão, valores de módulo incorretos ou resultados não comparáveis:
- Medição da amostra: Como a espessura da amostra na norma ASTM D790 é considerada no cálculo da tensão de flexão de forma quadrática, mesmo pequenos desvios de medição têm um impacto desproporcional no resultado. Um erro de medição de apenas 0,1 mm, com uma espessura da amostra de 3,2 mm, já pode distorcer a tensão de flexão calculada em mais de 5% e, consequentemente, influenciar a resistência à flexão e os valores do módulo.
- Relação entre espessura e distância entre apoios: Se a relação entre a distância entre apoios e a espessura da amostra, prevista pela norma, não for respeitada, as tensões de cisalhamento aumentam, podendo ocorrer rupturas por cisalhamento e valores de módulo distorcidos. Isso se aplica especialmente a materiais compósitos de fibra com baixa resistência ao cisalhamento.
- Alinhamento do dispositivo de flexão: Erros de ângulo entre os apoios ou entre os apoios e o cutelo de flexão resultam, no início do ensaio, em contato pontual em vez de linear. Com isso, a amostra sofre inicialmente uma deformação torcional, o que se manifesta como uma “base da curva” no diagrama tensão-deformação e pode influenciar, em especial, os módulos da secante e do seno.
- Medição da deflexão: Se a propensão à deflexão da configuração de ensaio não for corrigida, as deformações da máquina influenciarão o resultado. A deformação real do material é menor, os módulos de flexão serão distorcidos e não é possível comparar os diferentes sistemas de ensaio.
- Velocidade de ensaio: A taxa de deformação especificada pela norma ASTM D790 não deve ser equiparada diretamente à velocidade da travessa móvel, mas deve ser calculada com base na espessura da amostra, na distância entre os apoios e no método A ou B. Erros nessa conversão podem distorcer os valores dos módulos, o ponto de escoamento, as tensões de flexão e a comparabilidade dos resultados.
- Limites dos modelos normativos de cálculo: As fórmulas da norma ASTM D790 se aplicam apenas a pequenas deflexões. Em caso de deformações maiores, as não-linearidades geométricas podem distorcer o cálculo de tensão e deformação — por isso, a norma ASTM D790 limita o procedimento B a uma deformação por flexão máxima de 5%.
Deseja tornar os ensaios da norma ASTM D790 mais reproduzíveis ou esclarecer incertezas relacionadas à configuração do ensaio, à técnica de ensaio ou à interpretação da norma?
Nesse caso, o especialista local da ZwickRoell terá prazer em ajudá-lo a escolher uma solução adequada ao material, à tarefa de ensaio e ao volume de ensaios.
Execução do ensaio de flexão de 3 pontos conforme ASTM D790 com a ZwickRoell
Etapas críticas do ensaio e solução de ensaio da ZwickRoell:
A norma ASTM D790 é utilizada em todas as situações em que é necessário avaliar e comparar de forma confiável as propriedades de flexão de plásticos ou compósitos de fibra reforçada — desde o desenvolvimento de materiais, passando pelo controle de qualidade na produção em série, até os ensaios de aprovação de materiais injetados ou a avaliação de envelhecimento e alterações no processo. Justamente porque os resultados são comparados em contextos tão diferentes, é necessário contar com o equipamento adequado nas etapas decisivas do ensaio. Assim, a ZwickRoell ajuda a evitar, desde o início, as fontes típicas de erros:
Seleção da estrutura mecânica Medição das amostras Alinhamento do setup de ensaio Medição da deflexão Definição da velocidade de ensaio Opções de automação Software de ensaios testXpert
É assim que se realiza o ensaio conforme ASTM D790
No ensaio de flexão de três pontos conforme ASTM D790, uma amostra retangular é posicionada sobre dois apoios e submetida a carga por meio de um cutelo de flexão instalado no centro, utilizando uma máquina de ensaios com velocidade de ensaio definida. Durante o ensaio, a força e a deflexão exercidas pelo cutelo de flexão na amostra no ponto abaixo do cutelo são medidas e registradas continuamente. A partir dos valores medidos, bem como das dimensões da amostra e da distância entre apoios, é possível determinar o módulo de flexão, a resistência à flexão, as tensões de flexão e os alongamentos de flexão.
Dependendo do material, o ensaio é realizado de acordo com o procedimento A ou B, com diferentes taxas de deformação. O ensaio é encerrado quando a amostra se rompe ou, no máximo, quando se atinge uma deformação por flexão de 5%. Para se obter resultados confiáveis, a geometria da amostra, a relação entre apoios, a velocidade de ensaio e a medição da deflexão devem ser coordenadas conforme norma.
Seleção da estrutura mecânica
Para a realização do ensaio de flexão de 3 pontos conforme ASTM D790, podem ser utilizadas as máquinas de ensaio universais zwickiLine, ProLine e AllroundLine. Para ensaios de flexão pura em plásticos, geralmente basta uma zwickiLine. No entanto, na escolha da máquina de ensaio, não é apenas a força máxima de ensaio que importa. Na prática, é comum que diversos ensaios em materiais plásticos, como ensaios de tração e flexão, sejam realizados em uma plataforma comum. Além disso, o nível de automação desejado, bem como a solução de extensômetro utilizada ou já existente, influenciam a escolha do sistema. A norma ASTM D790 exige uma precisão na medição de força de ±1% do valor medido. Graças à alta precisão de medição das máquinas de ensaio universais modulares da ZwickRoell, que já é alcançada a partir de 1/1.000 do range de medição, é possível, por exemplo, utilizar uma ProLine ou AllroundLine de 10 kN com uma célula de carga adequadamente dimensionada para ensaios de tração e flexão.
Medição precisa das dimensões das amostras
Como a espessura da amostra tem influência direta nos valores característicos calculados, sua medição exata é uma das etapas mais importantes do ensaio. A importação direta de valores de medição de micrômetros ou paquímetros no testXpert reduz erros de transposição e melhora a rastreabilidade dos resultados.
Alinhamento preciso do setup de ensaio
O dispositivo de flexão da ZwickRoell possui apoios ajustáveis e reguláveis, com gabaritos de distância bem projetados e acessórios para a centralização precisa das amostras. Isso permite reduzir erros angulares e evitar distorções típicas na determinação do módulo. Isso contribui para a reprodutibilidade dos resultados, especialmente nas análises de módulos.
Medição adequada da deflexão
De acordo com a norma ASTM D790, a medição da deflexão no ponto médio entre os apoios pode ser realizada tanto pela posição da travessa móvel (Tipo I) quanto por medição direta com um transdutor de deslocamento (Tipo II), o que representa a forma mais precisa de medição e é essencial para a comparabilidade entre laboratórios. A medição do deslocamento pela travessa móvel é utilizada principalmente para tarefas simples de garantia de qualidade.
- Para a medição da deflexão em relação à posição da travessa móvel, conforme o Tipo I, o software de ensaios testXpert oferece uma correção automática da deformação intrínseca do setup de ensaio, na qual a curva de deformação real do setup é determinada e armazenada no software de ensaios.
- Graças à modularidade de nossos sistemas de ensaio, a ZwickRoell dispõe de diversas opções de transdutores de deslocamento do tipo II que atendem a esses requisitos e dependem da possibilidade de combinação com outros métodos de ensaio: Transdutores mecânicos de deslocamento para ensaios de compressão e flexão fixados diretamente entre os apoios da amostra , ou extensômetros clip-on, extensômetro com braços de medição makroXtens, multiXtens ou sistemas ópticos videoXtens, que também podem ser utilizados em ensaios de tração.
Cálculo automático da velocidade de ensaio
O software de ensaios testXpert calcula automaticamente a velocidade de ensaio em conformidade com as normas, conforme o método de ensaio selecionado (A ou B) e a taxa de deformação especificada, e orienta o usuário passo a passo ao longo do ensaio, incluindo a configuração consistente dos parâmetros ao alternar entre os métodos A e B.
Automação dos ensaios da norma ASTM D790
Especialmente quando o número de amostras é elevado, as dispersões costumam ser causadas por etapas manuais do processo. Os sistemas de ensaio automatizados reduzem a influência do operador, padronizam os processos de ensaio e aumentam a reprodutibilidade. Ao mesmo tempo, elas aliviam a carga de trabalho da equipe do laboratório em tarefas rotineiras. Dessa forma, os funcionários ficam disponíveis para tarefas mais complexas, como interpretação de dados, análises, avaliação de novos materiais ou atividades de pesquisa.
Para ensaios de flexão conforme ASTM D790, uma solução automatizada pode já ser vantajosa a partir de 10 amostras por dia. Nosso sistema de ensaios ALEX realiza tarefas simples de “pick-and-place” e oferece suporte econômico no laboratório de ensaios. Para volumes maiores de ensaios e requisitos mais exigentes, os sistemas roboTest N, roboTest L e roboTest R da ZwickRoell são uma alternativa.
A combinação de diferentes ensaios — como ensaios de tração conforme a norma ASTM D638 e ensaios de flexão conforme a norma ASTM D790 — é possível por meio de uma simples adaptação ou da integração de vários equipamentos de ensaio em um único sistema.
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Seu especialista local da ZwickRoell irá auxiliá-lo na escolha do nível de automatização adequado para sua aplicação.
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ASTM D790: Eficiente e reproduzível com o software de ensaios testXpert
O software de ensaios testXpert auxilia na realização de ensaios conforme a norma ASTM D790 por meio de modelos de ensaios padronizados e fluxos de trabalho guiados, reduz erros do operador e agiliza os processos de ensaio em até 30%:
Principais funções:
- Procedimentos de ensaio em conformidade com as normas, com orientação clara ao usuário: O método de ensaio padrão no testXpert inclui todos os parâmetros relevantes da norma ASTM D790 e orienta o usuário passo a passo durante o ensaio. Pelo gerenciamento de usuários, são exibidos apenas as etapas de ensaio necessárias em cada caso – o que reduz os erros de operação e padroniza os processos.
- A importação direta das dimensões das amostras a partir dos instrumentos de medição economiza tempo e reduz erros.
- Armazenamento centralizado de dados e análise: Com o testXpert Analytics, é possível avaliar centralmente todos os dados de ensaio — inclusive aqueles que vão além da norma ASTM D790 — e comparar de forma clara os parâmetros de diferentes séries de ensaios.
- Integração com ERP e controle de qualidade: As interfaces padrão permitem a transferência rápida e sem erros de parâmetros de ensaio e resultados entre o testXpert e seus sistemas.
- O Trend Analysis identifica desvios de longo prazo por meio de uma simples avaliação de longo prazo
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Perguntas frequentes sobre o ensaio de flexão de três pontos conforme ASTM D790
O ensaio de flexão de três pontos conforme ASTM D790 constitui um método clássico e padronizado de caracterização de plásticos rígidos e semirrígidos. As propriedades de flexão determinadas nesse processo são de grande importância para projetistas, engenheiros e fabricantes de materiais, a fim de garantir que o plástico utilizado atenda aos requisitos da aplicação pretendida.
Resultados de ensaio típicos conforme ASTM D790 são:
- Módulo de flexão: O módulo de flexão é uma medida da rigidez do material e indica sua capacidade de resistir a cargas de flexão. A norma ASTM D790 oferece três métodos de cálculo para o módulo de flexão, cada um dos quais leva a resultados diferentes:
- Módulo tangente (módulo de elasticidade)
Tangente traçada no ponto de inclinação máxima no diagrama tensão-deformação - Módulo da secante
Inclinação entre a origem do sistema de coordenadas e um ponto determinado no diagrama tensão-deformação - Módulo de seno (Chord modulus):
Inclinação entre dois pontos determinados no diagrama tensão-deformação
- Módulo tangente (módulo de elasticidade)
- Resistência à flexão: A resistência à flexão indica a carga máxima que o material pode suportar sob flexão antes de se romper.
- Tensão de flexão com deformação por flexão definida
- Tensões e deformações por flexão no ponto de esticamento e na ruptura da amostra
O dispositivo de flexão da ZwickRoell permite realizar ensaios com forças máximas de até 20 kN e uma deflexão máxima de 36 mm. Com o gabarito de distância, é possível ajustar a distância entre os apoios e os batentes da amostra de acordo com as normas, tanto para a ISO 178 quanto para a ASTM D790. Os apoios são ajustáveis em distância e ângulo e podem ser centralizados e alinhados com precisão entre si e em relação ao cutelo de flexão. Os batentes de amostra também são posicionados com a ajuda do gabarito de distância. Isso facilita o posicionamento preciso e reproduzível das amostras.
Tanto a norma ASTM quanto a norma ISO descrevem ensaios de flexão em materiais plásticos. No entanto, elas diferem no escopo de aplicação, nas geometrias das amostras, na velocidade de ensaio e na análise dos módulos. Por isso, os resultados não são diretamente comparáveis.
A principal diferença entre o método A e o método B, conforme a norma ASTM D790, reside na taxa de deformação, ou seja, na velocidade de ensaio — e, portanto, na rapidez com que a amostra é flexionada.
- O método A opera com uma taxa de deformação mais baixa e é o método padrão para a maioria dos plásticos.
- O procedimento B opera com uma taxa de deformação mais elevada e é utilizado quando o procedimento A levaria tempo demais para determinados materiais ou quando não é alcançado um valor de ruptura/limite significativo dentro das condições de ensaio previstas.
Métodos de ensaio conforme ASTM D790 e sua influência sobre a velocidade de ensaio:
- Para materiais que se rompem com pequenas deflexões, recomenda-se utilizar o Método A, de preferência com uma taxa de deformação de 0,01 min⁻¹.
- Os materiais que, até um alongamento de 5%, não se rompem nem apresentam um ponto de escoamento são ensaiados conforme Método B, com uma taxa de deformação dez vezes maior, de 0,1 min⁻¹.
Essa indicação significa, para o operador, que a velocidade de ensaio a ser ajustada na máquina de ensaios deve ser calculada com base na espessura da amostra e na distância dos apoios e/ou com base na relação entre a distância dos apoios e a espessura da amostra. Essa função pode ser depositada confortavelmente no software de ensaios testXpert e o processo de cálculo pode ser automatizado.
Para a amostra padrão com dimensões de 3,2 x 12,7 x 127 mm e uma relação entre apoios de 16, a velocidade de ensaio, conforme norma ASTM D790, é de:
- conforme o método A: 1,4 mm/min
- conforme o método B: 13,7 mm/min
Os resultados de ensaios de flexão conforme ISO 178 e ASTM D790 em plásticos são normalmente similares quanto às proporções, porém não são diretamente comparáveis. Os motivos são diferentes índices de deformação no ensaio de flexão, diferentes métodos de cálculo para o valor do módulo, e diferenças que poderão resultar da fabricação das amostras.
- O módulo de flexão descreve a rigidez de um material em relação às cargas de flexão.
- A resistência à flexão indica a carga máxima que um material pode suportar durante a flexão antes de falhar.
A tensão de flexão é calculada conforme ASTM D790 e conforme ISO 178 como tensão da fibra de borda da amostra no centro entre os apoios. A fórmula de cálculo indicada na norma se baseia em um caso de carga ideal. Erros de ângulo ou forças de atrito nos apoios resultantes da crescente deflexão da amostra durante o ensaio de flexão não são considerados. O cálculo possui a exatidão suficiente somente para pequenos ângulos de flexão.
Para o ensaio de plásticos conforme ASTM D790, as amostras são produzidas por moldagem por injeção ou obtidas a partir de chapas, placas ou peças moldadas por meio de usinagem mecânica.
- Para massas de moldagem de plástico, conforme ASTM D790, costumam ser utilizadas amostras com seção transversal de 3,2 mm x 12,7 mm e comprimento de 127 mm. A relação definida entre espessura e distância entre apoios, de 16, resulta em uma distância entre apoios de 51 mm. Além disso, a norma define uma série de outros requisitos para amostras com espessura superior a 3,2 mm e inferior a 1,6 mm.
- Para o ensaio de plásticos termoendurecíveis laminados e material de placa para isolamento elétrico as amostras, se possível, devem apresentar 25,4 mm ou 12,7 mm em espessura. Quando a resistência ao cisalhamento é muito baixa em relação à resistência à tração, a relação entre espessura e distância dos apoios deve ser aumentada para 32 ou inclusive para 40 para evitar rupturas por cisalhamento.
- Os ensaios de compósitos de fibra de alta resistência são realizados em conformidade com a relação entre resistência à tração e resistência ao cisalhamento com a relação de espessura-distância dos apoios de 16, 32 ou 40. No caso de materiais fortemente anisotrópicos inclusive poderá ser necessária a relação de 60 para a determinação correta do módulo.
A medição das dimensões das amostras requer no ensaio de flexão cuidado especial. Visto que a espessura da amostra é considerada quadraticamente no cálculo da tensão de flexão, também o erro de medição segue uma função quadrática. O erro de medição de apenas 0,1 mm na altura nominal da amostra de 3,2 mm já gera um erro na tensão de flexão de aproximadamente 5 %. Por esse motivo, a medição da espessura das amostras é feita com o auxílio de um parafuso micrométrico o qual atende aos requisitos da ASTM D5947.
Erros de ângulo entre os apoios ou entre os apoios e o cutelo de flexão causam contato pontual entre a amostra e a ferramenta de ensaio no início do ensaio. Com cargas crescentes a amostra em torção será deformada e um apoio linear será alcançado. Essas deformações iniciais se tornam visíveis no diagrama tensão-deformação como assim chamado pé curvado, ou seja, como gradiente crescente no range de medição inicial. Consequentemente, os valores do módulo de secante e do módulo de corda poderão sofrer impacto significativo, enquanto o módulo de tangente conforme ASTM D790 é menos suscetível a esse efeito.
Nos pontos de apoio e na região do ou dos cutelos de flexão ocorre uma indentação a qual depende da dureza do material, do tamanho da força atuante e do raio do cutelo do apoio. Quando a medição da deflexão é feita por meio do movimento do cutelo de flexão em relação aos apoios, a indentação aparentemente aumenta a deflexão medida e normalmente não pode ser compensada por meio de correção da rigidez. Por meio da utilização de um transdutor de deslocamento posicionado de forma centralizada a indentação do cutelo de flexão será compensada.
Downloads sobre ASTM D790
- Informações do produto: Dispositivos de flexão de 3 pontos PDF 246 KB
- Brochura do setor: Plásticos & Borracha PDF 9 MB
- Informação do produto: zwickiLine de até Fmax 5 kN PDF 820 KB
- Informações do produto: ProLine, Fmax 5-100 kN PDF 1 MB
- Informações do produto: AllroundLine, Fmax 5-100 kN PDF 1 MB
- Informação de produto: videoXtens 2-150 HP PDF 1 MB
- Informações sobre o produto: Extensômetro multiXtens II HP PDF 1 MB
- Informação de produto: Extensômetro makroXtens PDF 637 KB
- Informações sobre o produto: Transdutores de deslocamento para ensaios de compressão e flexão PDF 1 MB
- Informações do produto: Extensômetro Clip-on PDF 525 KB
